sensörler – algilayicilar - gds mühendislik · pdf filesensörler,...

SENSÖRLER – ALGILAYICILAR

Sistem bilgilerinin direkt olarak insan tarafından verildiği sistemlere

“konvansiyonel sistemler” denir. Eğer bilgiler bir program yoluyla verilmiş ise bu

durumda oluşturulan sisteme “otomasyon sistemi” denir. Herhangi bir sistemi daha

önceden belirlenmiş bir duruma getirme işlemine “kontrol” denir. Duruma getirme

veya durumu değiştirme, insan müdahalesi olmadan bir program tarafından yapılırsa

yapılan işleme “otomatik kontrol” denir. Buna göre “otomasyon”, insan müdahalesi

olmadan herhangi bir hareketin oluşmasına ve bu hareketin istenildiği gibi

gerçekleşmesine verilen isimdir.

Otomasyon sistemleri meydana gelen değişikleri algılamak, ölçmek,

yorumlamak ve ona göre bir hareket döngüsü yürütmek zorundadır. Otomasyonun en

can alıcı noktası algılamadır ve sensörlerde bu amaç doğrultusunda

kullanılmaktadırlar. Sensörler, vücudumuzun duyu organları gibi otomasyon

sisteminin algılayıcılarıdır ve herhangi bir fiziksel büyülüğü orantılı olarak elektriksel

büyüklüğe çevirirler.

Kompleks üretim türlerinde artan otomasyonlaşma, üretim sürecine ilişkin veri

ve bilgileri elektronik olarak temin etmeye ve uygun bir şekilde iletmeye olanak

tanıyan elemanların kullanımını öngörmektedir.

Algılayıcılar bu gerekleri yerine getirdikleri için ölçme, kontrol ve regülasyon

teknolojisinin, son yıllarda sıklıkla kullanılan önemli bir elemanı haline geldiler.

Algılayıcılar takip eden işlemciye her süreç büyüklüğü hakkında bilgi verirler. Proses

büyüklüklerine örnek olarak sıcaklık, basınç, kuvvet, uzunluk, dönme açısı, sıvı

seviyesi, debi gibi fiziksel büyüklükler verilebilir. Birçok fiziksel büyüklüğün

belirlenmesi amacıyla, bu büyüklüklere hassasiyetle tepki veren ve uygun sinyalleri

ileten algılayıcılar kullanılır.

Sensör kelimesi dilimize İngilizceden hissetmek, algılamak anlamına gelen “to

sense” sözcüğünden gelmektedir.

Automatic Control Systems: SENSÖRLER

2

SENSÖRLERİN SINIFLANDIRILMASI

Sensörler algılama türüne, beslenme ihtiyacına, çıkış büyüklüklerine ve

algılama şekillerine göre 4 temel kavramda sınıflandırılmaktadır.

Algılama Türüne (Giriş Büyüklüğüne) Göre:

•Mekanik: Uzunluk, Alan, Miktar, Kütlesel Akış, Kuvvet, Basınç, Hız, İvme, Pozisyon

•Termal: Sıcaklık, ısı akısı

•Elektriksel: Voltaj, akım, direnç, elektrik alanı ve frekans

•Manyetik: Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik

•Işıma: Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma

•Kimyasal: Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı

Besleme İhtiyacına Göre:

•Pasif Sensörler:

•Aktif Sensörler:

Çıkış Büyüklüğüne Göre:

Sensör çıkışları analog veya bilgisayar ile doğrudan iletişim kurabilmesini

sağlayan dijitaldir. Bunun için seri iletişim protokolleri;

•RS232C

•RS422A

•RS485

Algılama Şekillerine Göre:

Temaslı Algılayıcılar

Temassız Algılayıcılar

Automatic Control Systems: SENSÖRLER

3

SENSÖRLER İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR

•Hassasiyet:

Ne kadar küçük bir değişimi ölçebildiğinin göstergesidir.

•Ölçüm Aralığı:

Algılayıcının cevap verebildiği etkinin minimum ve maksimum değerleridir.

•Tekrarlanabilirlik:

Aynı şartlarda yapılan ölçümlerin birbirlerine yakınlığıdır.

•Çözünürlük:

Yapılan etkinin çıkış sinyali üzerinde izlenebilecek bir değişim meydana getiren

en küçük giriş değeridir. Örneğin, dijital göstergeli bir cihazda cihazın anlamlı olarak

okuyabildiği minimum değerdir.

•Doğruluk:

Ölçülen veya hesaplanan bir büyüklüğün gerçek değerine uygunluk derecesi.

•Ofset:

Bir algılayıcının ofset hatası, çıkışın sıfır olması gerektiği durumda çıkışta

görülen değerdir. Bir başka deyişle belirlenmiş çıkış ile o anda ölçülen gerçek çıkış

değeri arasındaki farktır.

•Cevap Zamanı:

Algılayıcının giriş parametresinde oluşan değişime karşı tepki verme süresinin

bir ölçüsüdür.

•Dinamik Doğrusallık:

Girişteki etkinin değişim hızını takip edebilme kapasitesinin ölçüsüdür.

Automatic Control Systems: SENSÖRLER

4

ALGILAMA TÜRÜNE GÖRE SENSÖRLER

Sensörler de ölçülen büyüklükleri altı grup da inceleyebiliriz.

Mekanik Sensörler :

Mekanik konum anahtarları olarak da adlandırılırlar. Robot çalışmalarında

sıklıkla kullanılan touch sensörler aslında basit anahtarlardır. Touch sensör robotun

bir cisme temas edip etmediğini ya da sınırlandırılması gereken bir hareketin

tamamlanıp tamamlanmadığını algılamak için ( limit switch ) kullanılır.

Mekanik-elektrik konum anahtarlarının farklı tasarım şekilleri şunlardır:

 Küçük konum anahtarları, minyatür ve subminyatür mikro anahtarlar

 Basmalı düğme, sınır anahtarları

 Sprungschalter öder Schleichschalter ausführungen (snap-eylem anahtarı

veya yavaş hareket modelleri)

 Kapsüllenmeyen konum anahtarları

 Plastik ile kapsüllenen konum anahtarları

 Metal ile kapsüllenen konum anahtarları

 Güvenlik konum anahtarları

 Hassasiyet konum anahtarları

Automatic Control Systems: SENSÖRLER

5

Basınç (Gerilme) Sensörleri:

Üzerlerine düşen basınçla orantılı olarak fiziki yapılarında meydana gelen

değişimden dolayı basınç seviyesini ya da basınç değişimi seviyesini elektriksel

işarete dönüştüren devre elemanlarına denir.

 Basınç sensörleri, çalışma prensibine göre dört grupta incelenebilir. Bunlar:

 Kapasitif basınç ölçme sensörleri

 Strain gage (şekil değişikliği) sensörler

 Load cell (yük hücresi) basınç sensörleri

 Piezoelektrik özellikli basınç ölçme sensörleri

Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri:

Kondasatörler bilindiği üzere elektrik enerjisini depolayan elemanlardır. Bu

özellikleri kondansatör plakalarının boyutlarına, plakalar arasındaki mesafenin

uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan (dielektrik) malzemenin özelliğine bağlıdır.

Sonuç olarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya

iki plaka arasındaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi

değişir. Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de

değişir. İşte bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.

Kapasitif prensiple çalışan sensörler basınç sensörü olarak kullanıldığı gibi

yaklaşım ve pozisyon sensörü olarak da kullanılmaktadır.

kapasitif yaklaşım anahtarı ile siloda dolum kontrolü

Automatic Control Systems: SENSÖRLER

6

Strain Gauge (Şekil Değişikliği) Sensörler:

Temel olarak strain gageler esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya

şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşmuştur. Üzerindeki

basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi, iletken şeridin de gerilerek

uzamasına sebep olmaktadır. Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti

azalacaktır. Bilindiği gibi iletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından

uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde de değişme olacaktır. Bu direnç

değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir

Strain gagenin iç yapısı

Günümüzde strain gageler kuvvet, ağırlık, basınç vb. fiziksel değişkenlerin

ölçümlerinde kullanılmakla beraber bisikletlerin sağlamlık testlerinde ve helikopter

pervanelerinin esneme paylarının hesaplanmasında kullanılmaktadırlar.

Pervane esnemesinin algılanmasında kullanılan strain gageler

Automatic Control Systems: SENSÖRLER

7

Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri:

Load cell’in iç yapısı

Yük hücresi (load cell) daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan

basınç sensörüdür. Asıl çalışma prensibi strain gage gibidir. Yukarıda 4 noktadan

ölçme yapan bir yük hücresi görülmektedir. Tek noktadan ya da iki noktadan ölçüm

yapanları da bulunmaktadır. Yukarıdaki şekilde A, B, C, D noktalarındaki strain

gagelerin dirençleri basınca bağlı olarak değişir. Bu değişim ile orantılı olarak da

basınç miktarını tespit edebiliriz.

Load Cell (Yük Hücresi) basınç sensörleri, digital tartılarda ,kantarlarda sıvı ve